C++、Java和C#语言在处理“虚拟私有方法”上的差异

运行时动态绑定被调过程的“虚拟方法”（virtual method）机制是实现多态的关键技术。C++、Java和C#（按出生年月排列，上同，下同）作为三种主流的支持对面向对象的程序设计语言，自然都提供了这种动态的方法绑定机制，在这个问题上三兄弟没有谁是含糊的。但当“虚拟”（virtual）和“私有”（private）碰在一起时，这几种语言在处理上却有所不同，本文的故事就是从一段小程序说起的：

我们来看下面这段短小的C++程序

// Test.cpp #include <iostream>using namespace std; class Base { public: void f() { g(); }private: virtual void g() { cout << "Hi, MorningStar! I am g() of Base!." << endl; } };class Derived : public Base { private: virtual void g() { cout << "Hi, MorningStar! I am g() of Derived." << endl; } };int main() { Base *pB = new Derived(); pB->f(); delete pB; return 0; }

 

程序很简单，我们在基类“Base”中，通过公有方法f调用了虚拟的私有方法g，而继承自Base的Derived类中覆写（override）了私有的方法g。

先不考虑其他，语法上有问题吗？没有；编译能通过吗？能。那运行结果是什么呢？既然编译能通过，那么结果也就能猜到了，应该是：

Hi, MorningStar! I am g() of Derived.

 

没错，VC6.0，VC.net 2003和gcc都是这个结果。从结果来看，对私有方法g的调用在运行时绑定到了对象实际类型（Derived）的方法上，这符合虚拟函数的语义。

 

我们知道，在Java中，没有“virtual”这么个关键字，默认就是virtual，不可被覆写的才需要加关键字“final”。Java中，对已被覆写的方法如果想调用其父类的方法，则需通过特殊的关键字“super”调用。好了，不多说Java语法了，我们看下面一段类似的Java程序：

//Derived.java class Base { public void f() { g(); } private void g() { System.out.println("Hi, MorningStar! I am g() of Base."); } } public class Derived extends Base { private void g() { System.out.println("Hi, MorningStar! I am g() of Derived."); } public static void main(String[] args) { Base b = new Derived(); b.f(); } }

使用命令行

javac Derived.java

编译，然后

Java Derived

运行，应该不会有什么问题（偶是在Eclipse里头直接运行的：P）。结果为：

Hi, MorningStar!, I am g() of Base.

 

虽然程序类似，但这两中不同的语言产生的结果却不一样。

翻了翻C++98标准（ISO/IEC 14882）的相关章节，没有找到任何关于此种情况的特殊描述，惟一涉及到虚拟函数访问的第11.6节：Access to virtual functions，说的又不是这种情况。由此可见，C++语言中仅仅分别规定了public，protected和private三者的访问控制问题和virtual方法的动态绑定问题，而对于他们的组合，没加任何限制，换句话说，前后是两种无关的机制，访问控制专门负责访问权限的问题，不管方法是不是虚拟；而虚拟只管延迟绑定的问题，不管公有、保护还是私有。于是，前面的C++程序输出那个结果也就不足为怪了。

然而，从面向对象的角度考虑，基类中私有的东西对外界、对继承类都是不可见的，继承类根本不应该知道基类中任何私有的东西，于是继承、覆写也应无从谈起才对，即使方法重名，那也应该仅仅看作一种巧合，Java就是这么做的。

在Java中，private天生就是final的，我想Java的设计者至少有过上面的考虑：既然是私有，就不可见，见都见不到，何谈覆写？所以，在Java中，我们讨论继承和多态都是针对类的对外接口，包括puclic方法、protected方法和默认的friendly方法，而private是不被纳入考量的，从某种意义上，Java中的private方法纯粹是为方法而方法，是一种组织代码使之更清晰，更易维护的手段而已。

但如果仅从语法语义上考虑，而不是从面向对象的理论上考虑，或许C++更厚道一些——既然没有限制，那么private也可以virtual，既然可以virtual，那也就应该享受virtual级的待遇。而Java也没什么virtual不virtual，没有任何语法痕迹便闷声地规定：public/protected/friendly的是这样，而private的是那样。

 

最后，让我们来看看时代的新宠，C#是怎么做的呢？我们使用Visual Studio.net 2003新建Console应用程序，添加C#源文件，然后也可以写类似的代码：

//Test.cs using System; namespace Test { class Base { public void f() { g(); }private virtual void g() { Console.WriteLine("Hi, MorningStar! I am g() of Base."); } } class Derived : Base { private override void g() { Console.WriteLine("Hi, MorningStar! I am g() of Derived."); } public static void Main(String[] args) { Base b = new Derived(); b.f(); }}}  

编译一下。完蛋了，编译通不过！

.../Test.cs(14): “Test.Base.g()” : 虚拟成员或抽象成员不能是私有的

.../Test.cs(22): “Test.Derived.g()” : 虚拟成员或抽象成员不能是私有的

 

看来还是C#够狠，语法上拒绝虚拟私有——那就没啥输出结果可以拷贝过来了。

C#从C++那里继承了“virtual”关键字，而这一点跟Java只是形式上的不同，C#中非virtual方法在很大程度上就相当于Java中的final方法。只是Java中final还用于指定类本身可否被继承，C#使用另外一个关键字“sealed”做这件事。

相对来讲，还是C++最灵活，它至少没有限制这样一种可能：基类允许派生类重新实现某个方法，却不允许派生类直接调用基类的实现，即：我可以直接用你的（运行时绑定），但你不可以直接用我的——这一点跟protect/protected不一样。而“重写”与“调用”毕竟还是两码事，既然是两码事，分开考虑就不能说没有必要。

 

总结：

C++从语法到语义上都支持可被覆写的虚拟私有成员；

Java语法上看不出什么痕迹，但语义上不存在可被覆盖的私有成员；

C#从语法上直接拒绝私有方法成为虚拟（可被覆写）。